波紋管伸縮節在水電站壓力鋼管上的安全應用研究

王志華 陳躍飛

（湖南省電網公司東江水力發電廠，湖南 資興 423403）

1 前言

水電站壓力鋼管布置成明鋼管形式時須考慮設置伸縮節，伸縮節設置為減溫度應力，有時也是為適應鎮墩和支墩間的不均勻變位。十幾年來在一些水電站已成功地使用了波紋管伸縮節，這種新型結構已顯示了許多優點。但同時也暴露了在個別工程中因工程設計、產品安裝、機組調試、運行期間以以事故停機時相關人員未充分溝通而導致影響波紋管伸縮節安全運行的問題。

與一般的管道元件不同，波紋管是用相當薄的材料制作而成的，以便使安具有足夠的柔性，可以吸收在使用中預期出現的機械位移和熱位移。波紋管伸縮節屬于技術性很強的產品，對于在工程中使用的每一個波紋管伸縮他都必須全面考慮系統的工作特性、波紋管伸縮節的設計特點和制作質量，以及安裝、測試和運行的規程。要使波紋伸縮節成為高度安全可靠的裝置，用戶、工程設計者和制造廠家相互之間的充分了解是必不可少的。基于這個原則，本文結合一些已運行的工程實例，探討波紋管伸縮節在水電站壓力鋼管上安全應用對工程設計、產品安裝、機組調試、運行期間以及事故停機的基本要求。

2 工程設計

2.1 波紋管伸縮節型式選擇

水電站壓力鋼管通常選用單式波紋管伸縮節，僅在沉降位移時才選用復式波紋管伸縮節。

2.2 導向支架

使用波紋管伸縮節時應特別注意其側向剛度相對鋼管較小的特點，須在小于4D距離的支墩設置有足夠強度的導向以限制超出設計位移的變形。導向支架的側向荷載與波紋管伸縮節的制造誤差、鋼管的制造和安裝誤差、鋼管的內水壓力等因素有關。所有誤差均在規范許可范圍內時，側向荷載為15﹪的內壓推力。

在使用復式波紋管伸縮節時，應特別注意其側向剛度很小的特點，側向位移增大時，側向荷載會隨之增加；側向位移又會隨側向荷載的增加而增大。因此，必須在小于4D距離的支墩設置有足夠強度的導向以限制超出設計位移的變形。導向支架的側向荷載與波紋管伸縮節的制造誤差和側向位移、鋼管的制造和安裝誤差、鋼管的內水壓力、鋼管柔性等因素有關。側向荷載的取值大小應與制造廠家充分溝通。因較小口徑壓力鋼管的側向剛度相對較小，使用復式波紋管伸縮節時須特別慎重。

某電站壓力鋼管直徑φ680mm。工程設計時因考慮21號鎮墩與其上游第一個支墩之間有沉降位移(實際施工時21號鎮墩與其上游第一個支墩共基礎并無沉降位移)，在其間設置了一個復式波紋管伸縮節，機組自動調試過程中，壓力表讀數7.3MPa時，側向荷載導致壓力鋼管和波紋管伸縮節嚴重變形而使波紋管伸縮節失效。

2.3 波紋管伸縮節設計說明書

選用波紋管伸縮節時，工程設計者應編制“波紋管伸縮節設計說明書”，典型的“波紋管伸縮節設計說明書”格式見表1。

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“波紋管伸縮節設計說明書”是制造廠家設計波紋管伸縮節的依據。

3 波紋管伸縮節的安裝

(1)波紋管伸縮節交付時，將附有“產品安裝說明書”，安裝前請有關人員認真閱讀，嚴格遵守“產品安裝說明書”的要求。

(2)產品儲存過程中應采取有效措施，防止變形、銹蝕、影響正常變位的異物落入波紋管中。

(3)在產品起吊、搬運過程中請注意避免因猛烈碰撞而損壞產品。

(4)波紋管伸縮節與壓力鋼管采用焊接形式連接，焊接工藝同壓力鋼管的焊接工藝。

(5)注意波紋管伸縮節上的流向標志，按流向標志要求的方向安裝波紋管伸縮節。

(6)產品安裝過程中應采取有效措施，防止包括焊渣在內的異物進入波紋管而影響波紋管的正常變位。

(7)選擇合適的安裝溫度安裝波紋管伸縮節，保證波紋管在設計預計的狀態變位。

先澆筑鎮墩后安裝鋼管時.在焊接兩鎮墩之間的最后一道焊縫前(焊道預焊后)，拆除產品的運輸緊固件，以減小焊接應力并保證波紋管在設計預計的狀態變位。

先安裝鋼管后澆筑鎮墩時，在澆筑鎮墩時拆除產品的運輸緊固件。以減小鎮墩的推力并保證波紋管在設計預計的狀態變位。

4 機組調試

(1)壓力鋼管沖水前應檢查壓力鋼管和波紋管伸縮節，影響波紋管伸縮節正常變形的裝置和異物應及時清除；任何異常變形應采取措施糾正。

(2)壓力鋼管應緩慢沖水，排盡空氣，避免因水壓急劇波動而影響壓力鋼管和波紋管伸縮節的安全。

某電站壓力鋼管直徑φ1136mm，設計水頭340m，壓力鋼管沖水時因前池閘門突然開啟，沒有排盡空氣，造成因空氣壓縮后急劇膨脹而使鋼管內水壓急劇上升，使80m的鋼管嚴重變形，部分支墩鋼管滑落，引起波紋管伸縮節變形嚴重，所幸未造成波紋管伸縮節損壞漏水事故。

(3)機組自動調試時，應采取有效措施控制因調速器在小開度時快速動作而帶來的水壓急劇波動引起壓力鋼管的振動。

機組自動調試過程中，應密切觀察波紋管伸縮節的變形情況，發現異常情況應及時與生產廠家溝』通處理，避免波紋管伸縮節損壞和失效。

某電站壓力鋼管直徑φ1000mm，設計水頭640m，靜水頭5.30m，機組自動調試時因調速器在小開度時快速動作，鋼管內水壓力急劇上升，球閥前壓力表指針升至極限，鋼管內水壓力超過10MPa，使8～9號鎮墩間鋼管嚴重變形，同時引起波紋管伸縮節變形嚴重，所幸未造成波紋管伸縮節損壞漏水事故。

5 運行期間

(1)安裝有波紋管伸縮節的水電站壓力鋼管通常在野外惡劣環境下工作，難以避免泥、石和人為對波紋管伸縮節的影響。因此，在運行期間應定期對波紋管伸縮節進行巡查，發現異常情況及時處理，保證波紋管伸縮節安全運行。

某電站壓力鋼管直徑聲φ570mm，設計水頭1200m，靜水頭1028m，在機組運行期間的日常巡查中，發現未拆除的運輸拉桿嚴重影響波紋管伸縮節的伸長變形，及時拆除運輸拉桿，避免了壓力鋼管和鎮墩的安全事故發生。

(2)對波紋管伸縮節的定期巡查內容包括：波紋管伸縮節變形是否正常、是否有落石或異物影響波紋管伸縮節正常變形、是否有落石等對波紋管伸縮節保護罩碰砸的痕跡等。

6 事故停機

事故停機時，由于需緊急關閉水輪機前的閥門，通常會引起壓力鋼管中壓力的變化，停機后應檢查波紋管伸縮節的變形情況，發現異常情況應及時與生產廠家溝通處理，避免波紋管伸縮節損壞和失效。

結語

通過數十個大、中、小型水電站工程壓力鋼管的應用經驗，證明波紋管伸縮節在水電站壓力鋼管上的應用是成功的、安全的、有效的。在某些工程中發生的問題源自于工程設計者、用戶、安裝者、生產廠家之間的溝通不足。為保障波紋管伸縮節的安全應用，建議在工程設計、建設、調試的各階段由用戶組織相關人員參加聯絡會，以增進工程設計者、用戶、安裝者、生產廠家之間的溝通。

[1]李正良,洪建凡,吳友邦,鐘秉章.波紋管伸縮節在水電站壓力管道上的應用 [J].水電站設計，2000-12-30.